KR100541389B1 - 터보압축기 및 그 용량 제어방법 - Google Patents

터보압축기 및 그 용량 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100541389B1
KR100541389B1 KR1020020057353A KR20020057353A KR100541389B1 KR 100541389 B1 KR100541389 B1 KR 100541389B1 KR 1020020057353 A KR1020020057353 A KR 1020020057353A KR 20020057353 A KR20020057353 A KR 20020057353A KR 100541389 B1 KR100541389 B1 KR 100541389B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
guide vane
pressure
compressor
valve
wind
Prior art date
Application number
KR1020020057353A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030091634A (ko
Inventor
고타니고지
다케다가즈오
Original Assignee
가부시키가이샤 히다치 인더스트리즈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 히다치 인더스트리즈 filed Critical 가부시키가이샤 히다치 인더스트리즈
Publication of KR20030091634A publication Critical patent/KR20030091634A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100541389B1 publication Critical patent/KR100541389B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F04D27/023—Details or means for fluid extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0207—Surge control by bleeding, bypassing or recycling fluids
    • F04D27/0223—Control schemes therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0246—Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

본 발명의 터보압축기는 작동유체를 압축하는 압축기 본체와, 이 압축기 본체의 흡입측에 설치되어 복수의 가이드 베인을 가지는 입구 가이드 베인장치와, 압축기 본체의 토출측에 설치된 개방도 가변의 방풍밸브를 구비한다. 압축기의 토출측에는 토출압력을 검출하는 압력 검출수단이 설치되어 있다. 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 설정한계 이하로 운전한 시간과 횟수 중 적어도 어느 하나를 기억수단에 기억하고, 이 기억수단에 기억한 값에 의거하여 제어장치가 입구 가이드 베인장치와 방풍밸브를 제어한다.

Description

터보압축기 및 그 용량 제어방법{TURBO-COMPRESSOR AND CAPACITY CONTROL METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명에 관한 터보압축기의 일 실시예의 계통도,
도 2는 터보 압축기의 흡입풍량에 대한 토출압력의 특성을 설명하는 도,
도 3은 터보 압축기의 특성변화를 설명하는 도,
도 4는 터보 압축기의 용량 제어운전을 설명하는 도,
도 5는 터보 압축기의 용량 제어운전을 설명하는 도,
도 6은 터보 압축기의 정풍압 제어를 설명하는 도,
도 7은 터보 압축기의 정풍압 제어를 설명하는 도,
도 8은 공장에 있어서의 하루의 압축가스 소비량 변화의 일례를 나타내는 도,
도 9는 공장에 있어서의 특정시간의 압축가스 소비량 변화의 일례를 나타내는 도,
도 10은 공장에 있어서의 특정시간의 압축가스 소비량 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
본 발명은 터보압축기 및 그 용량 제어방법에 관한 것으로, 특히 입구 가변 가이드 베인을 사용하여 용량 제어하는 터보 압축기 및 그 용량 제어방법에 관한 것이다.
종래의 터보 압축기에서는 저풍량 영역에서 발생하는 서징을 방지하기 위하여 압축기의 흡입측에 설치한 입구 가변 가이드 베인을 완전 폐쇄로 하고, 압축기의 토출측에 설치한 방풍밸브를 완전 개방으로 하여 부하운전으로부터 무부하운전으로 이행시키는 것이 일반적이다. 이 방법에서는 토출압력을 대기압으로 함으로써 압축기의 토출압력에 대한 흡입풍량의 특성을 서징이 발생하는 영역밖으로 이행하고 있다.
상기 서징 회피방법에서는 무부하운전으로 이행하였을 때에 서징은 회피할 수 있게 되나 압축기의 소비동력이 그다지 저감하지 않는다. 따라서 압축기의 소비동력을 저감하는 방법의 예가, 일본국 특개평4-136498호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 용량 제어방법에서는 리시버 탱크를 설치하여 압력변동의 버퍼로서 사용하여 소비가스량이 저하하였을 때는 이 리시버 탱크의 압력 설정값을 허용상한까지 높여 무부하 운전시간을 저감하는 것이 기재되어 있다. 그 때 리시버 탱크의 압력변동의 주기가 짧을 때는 입구 가이드 베인의 동작을 적게 하여 헌팅을 방지하고 있다.
또 저풍압 제어 및 부하운전과 무부하 운전의 전환제어를 사용하는 압축기의 용량 제어방법의 다른 예가, 일본국 특개평1-167498호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에서는 일본국 특개평4-136498호 공보와 마찬가지로, 소비가스량이 저하하면 토출압력의 설정값을 상승시키고 있다.
본 발명의 목적은 용량 제어하는 터보 압축기의 신뢰성을 향상시키는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은 터보 압축기의 메인티넌스주기를 길게 하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 터보 압축기의 입구 가이드 베인장치를 장수명화하는 것에 있다. 그리고 본 발명은 이들 목적 중 적어도 어느 하나를 달성하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 작동유체를 압축하는 압축기 본체와, 이 압축기 본체의 흡입측에 설치되어 복수의 가이드 베인을 가지는 입구 가이드 베인장치와, 압축기 본체의 토출측에 설치된 개방도 가변의 방풍밸브를 구비한 터보 압축기에 있어서, 압축기의 토출압력을 검출하는 압력 검출수단과, 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 설정한계 이하에서 운전한 시간과 횟수 중 적어도 어느 하나를 기억하는 수단과, 이 기억수단에 기억된 값에 의거하여 방풍밸브와 가이드 베인을 제어하는 제어장치를 설치하는 것에 있다.
그리고 이 특징에 있어서, 제어장치는 가이드 베인을 설정한계 이하의 개방도로 하여 압축기 본체를 운전한 시간 또는 횟수가 소정값 이하인 경우에 압력센서가 검출한 압력이 설정압력 이상으로 상승하면, 가이드 베인 개방도를 완전 폐쇄로 하는 무부하 운전으로 이행시키도록 제어하는 것이 바람직하고, 또 제어장치는 가 이드 베인을 한계 이하의 개방도로 하여 압축기 본체를 운전한 시간 또는 횟수가 소정값을 초과하였을 때에 압력센서가 검출한 압력이 설정압력 이상으로 상승하면 가이드 베인 개방도를 설정한계 개방도로 설정하고, 방풍밸브 개방도를 제어하는 것이 좋다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 입구 가이드 베인장치와 방풍밸브를 사용하여 용량 제어하는 터보 압축기의 용량 제어방법에 있어서, 압축기의 서징한계 이하의 유량으로 운전할 때로서, 이 한계유량 이하에서의 운전시간 또는 운전횟수가 소정값 이하일 때는, 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 완전 폐쇄로 하고, 방풍밸브를 개방하며, 운전시간 또는 운전횟수의 빈도가 소정값을 초과하면 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 설정한계값으로 하고, 방풍밸브 개방도를 이 터보 압축기의 토출압력에 따라 제어하는 것이다.
그리고 바람직하게는 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 설정한계값으로 하여 방풍밸브를 제어하는 운전에 있어서, 토출압력이 제 2 설정압력 이하가 되면 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 완전 폐쇄로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은, 무부하 운전과 부하운전과 정풍압 운전을 전환하여 운전하는 터보 압축기의 용량 제어방법에 있어서, 압축기의 서징한계 이하의 유량에서 운전할 때로서 이 한계유량 이하에서의 운전시간 또는 운전횟수의 빈도가 소정값 이하일 때는 무부하 운전으로 하고, 운전시간 또는 운전횟수가 소정값을 초과하면 방풍밸브를 사용한 정풍압 운전으로 하는 것이 다.
그리고 바람직하게는 방풍밸브를 사용한 정풍압 운전에 있어서, 토출압력이 제 2 설정압력 이하가 되면 무부하 운전으로 전환하는 ; 방풍밸브를 사용한 정풍압 운전에 있어서, 터보 압축기의 흡입유량이 소정값 이하가 되었으면, 무부하 운전으로 전환하여 ; 운전횟수 또는 운전시간의 빈도의 설정값을 터보 압축기의 메인티넌스주기 에 의거하여 정하고 ; 빈도의 설정값을 1주간당의 방풍밸브의 동작시간을 무부하 운전1회당의 운전시간으로 나누는 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 단단(單段)의 터보 압축기(60)의 계통도이다. 작동가스를 압축하는 터보압축기 본체(3)의 상류측에 복수의 가이드 베인을 구비하고, 이 가이드 베인의 가이드 베인 각도가 가변의 입구 가이드 베인장치(2)를 이 입구 가이드 베인장치(2)의 더욱 상류측에는 흡입필터(1)를 설치하고 있다.
터보 압축기 본체(3)의 하류측에는 작동가스를 냉각하는 냉각기(4)를 거쳐 분기부(5a)가 형성되어 있다. 분기부(5a)의 한쪽은 체크밸브(5)에 접속되어 있고, 체크밸브(5)의 하류에는 터보 압축기(60)의 토출압력을 검출하는 압력센서(6)가 설치되어 있다. 압력센서(6)의 하류측은 수요원 배관에 접속되어 있다. 분기부(5a)의 다른쪽에는 작동가스인 공기를 대기로 개방하기 위한 방풍밸브(12)가 접속되어 있다. 방풍밸브(12)는 개방도 가변의 제어밸브이고, 이 방풍밸브(12)에는 방풍밸브 개방도 검출장치(15)가 접속되어 있다.
입구 가이드 베인장치(2)에는 이 입구 가이드 베인장치(2)가 가지는 복수의 입구 가이드 베인(가이드 베인)의 가이드 베인 설치각도를 검출하는 가이드 베인 개방도 검출장치(10)가 설치되어 있다. 또한 입구 가이드 베인장치(2)의 가이드 베인설치각은 가이드 베인 구동장치(8)에 의하여 설정된다. 압력센서(6)가 검출한 터보압축기(60)의 토출압력, 방풍밸브 개방도 검출장치(15)가 검출한 방풍밸브 개방도 및 가이드 베인 개방도 검출장치(10)가 검출한 가이드 베인 개방도의 검출신호가 입력되고, 이 입력값에 의거하여 입구 가이드 베인 개방도 및 방풍밸브 개방도를 제어하는 제어신호를 출력하는 제어장치(17)도 설치되어 있다. 제어장치(17)는 입구 가이드 베인 개방도의 이력과, 뒤에서 설명하는 서징라인의 데이터를 기억하는 기억수단을 구비하고 있다.
이와 같이 구성한 터보 압축기(60)의 동작을 이하에 설명한다. 흡입필터(1)를 통과한 작동가스는 입구 가이드 베인장치(2)에 의하여 스로틀되어, 터보 압축기 본체(3)에서 압축된다. 그리고 냉각기(4)에서 냉각된 후에 체크밸브(5)를 통과하여 토출측으로 압송된다. 체크밸브(5) 하류의 압력센서(6)는 토출압력을 압력신호(7)로서 제어장치(17)에 입력한다.
제어장치(17)는 입력된 압력신호(7)와 도시 생략한 상위 제어수단으로부터 보내진 목표 압력신호(18)로부터 터보 압축기(60)의 토출압력(Pdb)이 목표 토출압력 (Pt)이 되도록 베인 구동지령신호(9)를 베인 구동장치(8)에 송신한다. 베인 구동장치(8)는 입구 가이드 베인장치(2)의 가이드 베인 개방도(β)를 조정한다. 이 조정된 베인 개방도(β)는 베인 개방도 검출장치(10)로부터 베인 개방도 신호(11)로서 제어장치(17)로 피드백된다.
제어장치(17)가 이와 같이 입구 가이드 베인장치(2)를 사용하여 용량 조정하면 터보 압축기(60)는 도 2에 나타내는 특성곡선을 나타낸다. 즉 흡입풍량(Qs)을 가로축에, 토출압력(Pd)을 세로축에 취한 이 도 2에서는 압축기의 최대 흡입풍량으로부터 그것 이하에서는 불안정 현상인 서징이 생기는 서징라인(SL1)과 목표 토출압력(Pt)과의 교점의 최소 흡입풍량(Qs1)까지가 압축기 작동범위(Qst)가 된다. 이와 같은 풍량범위에 들어가도록 입구 가이드 베인장치(2)의 가이드 베인 각도를 변화시킨다. 최대 흡입풍량에 있어서의 가이드 베인각도는 βmax이고, 최소 흡입풍량에 있어서의 가이드 베인 각도는 βmin이다.
그런데 본 실시예에 있어서의 터보 압축기에서는 부하운전, 무부하 운전 및 정풍압 운전의 3종의 운전방법을 전환하여 적용하고 있다. 부하운전은 흡입유량이 도 2의 압축기 작동범위(Qst)내에 있을 때로서 수요원의 작동가스의 소비량이 비교적 많은 경우이다. 부하운전에 있어서는 수요원의 가스소비량에 알맞은 가이드 베인 개방도를 조정한다. 구체적으로는 토출 압력센서(6)가 검출한 압축기의 토출압력이 목표 압력값(Pt)이 되도록 제어장치(17)가 입구 가이드 베인 구동장치(10)에 가이드 베인 각도를 지령한다.
가스 소비량이 감소하면 가이드 베인 각도를 최소 각도(βmin)까지 스로틀하여도 토출 압력센서(6)가 검출하는 토출압력이 목표 압력값(Pt)을 초과하여 버린다. 이 경우, 가이드 베인 각도를 더욱 감소시키면 서징을 발생하기 때문에, 제어장치(17)는 입구 가이드 베인을 단숨에 조여 완전 폐쇄로 하도록 가이드 베인 구동장치(8)에 지령한다. 그것과 함께 방풍밸브 구동장치(13)에 방풍밸브(13)를 완전 개방으로 하도록 지령한다. 이것이 무부하 운전이다. 이 무부하 운전에서는 도 3에 나타내는 바와 같이 압축기의 흡입풍량은 거의 0이 되어, 토출압력은 대기압이된다(곡선 단계 1). 따라서 서징은 회피되어 압축기의 동력이 대폭으로 저감된다. 또한 이 무부하 운전에서는 체크밸브(5)가 작용하므로 수요측으로부터 압축기에 고압의 가스가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
토출측에의 압축가스의 공급을 차단하였기 때문에, 체크밸브(5)보다도 하류의 토출측 압력은 가스의 소비량에 따라 서서히 감소한다. 토출측 압력이 설정값 (Pmin)까지 감소하면 제어장치(17)는 베인 구동장치(8)에 가이드 베인을 최소 개방도(βmin)까지 개방하도록 지령한다. 가이드 베인이 개방되었기 때문에 터보 압축기(60)의 토출압력은 다소 상승하여 흡입풍량이 증대한다(곡선 단계 2). 소정시간경과후에 제어장치(17)는 방풍밸브 구동장치(13)에 방풍밸브(13)를 완전 폐쇄로 하는 지령신호(14)를 보낸다(단계 3). 이에 의하여 부하운전으로 이행된다.
도 4에 부하운전과 무부하 운전을 반복할 때의 압력변화를 도 5에 그 때의 압축기 본체로부터 토출되는 작동가스의 풍량변화를 나타낸다. 부하운전(TL)에 있어서 토출측 압력센서(6)가 검출한 토출압력(Pdc)이 설정압력(Pt)을 초과하면 입구 가이드 베인을 완전 폐쇄로 하고, 방풍밸브(12)를 완전 개방으로 하여 무부하 운전(TU)으로 이행한다. 이 때 체크밸브가 작동하기 때문에 수요측의 고압가스가 방풍되는 일은 없다. 압축기 본체(3)로부터 고압가스가 공급되지 않기 때문에, 수요측의 가스소비에 따라 토출 압력센서(6)가 검출하는 토출압력(Pdc)이 저하한다. 이 압력이 설정 최소압력(Pmin)이 되면 방풍밸브(12)를 완전 폐쇄로 하고, 입구 가이드 베인을 서징한계의 베인각도까지 개방한다. 그 결과, 압축기 본체(3)로부터 토출되는 가스의 토출압력(Pdb)은 도 4에서 실선으로 표시되어 곡선과 같이 변화한다. 이 때 압축기 본체(3)로부터 토출되는 가스량(Qdb)은 무부하 운전(TU)에서는 거의 0까지 저하한다. 부하운전(TL)으로 이행한 후는 서징라인(SL1)에 소비가스량이 저하하기까지 부하운전을 계속한다. 부하운전과 무부하 운전을 교대로 반복할 때의 수요원의 소비가스량은 일점쇄선(Qdc)과 같이 된다.
그런데 상기 부하운전과 무부하 운전을 반복하면 입구 가이드 베인장치(2)가 구비하는 가동부, 특히 가이드 베인이나 베어링, 시일은 가이드 베인의 급격한 완전 폐쇄나 복귀에 의하여 소모 또는 피로하여 파괴나 손상될 우려가 생긴다. 따라서 본 발명에서는 부하운전과 무부하 운전의 전환빈도를 소정빈도 이하로 억제하도록 하고 있다. 즉 무부하 운전과 부하운전과의 전환횟수를 계수하기 위하여 방풍밸브 (12)의 개폐를 지령한 횟수를 카운트하여 제어장치(17)에 설치한 기억수단(17a)에 기억한다. 기록수단(17a) 중에는 1주간 마다의 동작횟수(Nw) 또는 1개월 마다의 동작횟수(Nm)가 동작횟수로서 기록된다.
미리 실험적으로 입구 가이드 베인의 한계 동작횟수(Nmax)를 구하여 둔다. 본 실시예의 터보 압축기를 주기적으로 메인티넌스하는 것이다. 메인티넌스시기까지 터보 압축기에 이상을 발생시키지 않기 위해서는 1주간당 몇회 방풍밸브(12)을 동작할 수 있는지를 알 수 있다. 이제부터 1주간당의 한계 동작횟수(Nwmax) 또는 1개월당의 한계 동작횟수(Nmmax)를 구한다.
기억수단(17a)에 기억된 방풍밸브(12)의 작동횟수(Nw)를 상기 한계 동작횟수 (Nwmax)(또는 Nmmax)와 비교한다. 작동횟수(Nw)가 한계 동작횟수(Nwmax)보다도 적은 경우(Nw ≤Nwmax의 경우)에는 입구 가이드 베인장치(2)가 다음번의 터보 압축기의 메인티넌스까지 고장날 가능성이 낮다. 따라서 터보 압축기의 운전에서는 무부하 운전과 부하운전을 전환하여 운전한다.
이에 대하여 작동횟수(Nw)가 한계 동작횟수(Nwmax)를 초과하는 경우(Nw > Nwmax의 경우)에는 다음번의 터보 압축기의 메인티넌스까지 입구 가이드 베인장치 (2)가 고장날 가능성이 높다. 따라서 터보 압축기의 운전을 가이드 베인을 완전 폐쇄로 하지 않은 정풍압 운전으로 이행시킨다. 여기서 정풍압 운전은 가이드 베인 각도를 서징이 일어나지 않는 한계각도까지 저하시켜 방풍밸브(12)를 토출 압력센서 (6)의 검출압력이 일정하게 되도록 제어하는 운전이다. 정풍압 운전에서는 입구 가변 가이드 베인의 급격한 완전 폐쇄나 복귀동작을 회피할 수 있으므로 피로에 의한 가이드 베인의 열화나 베어링 시일부의 손상을 방지할 수 있다.
정풍압 운전에 있어서는 흡입풍량이 소정량 이하가 되어도 입구 가이드 베인의 베인각도는 최소 베인 개방도(βmin)로 유지된다. 이에 의하여 압축기 본체(3)에서는 서징을 일으키지 않고 안정되게 운전된다. 또한 이 상태에서 방풍밸브(12)를 폐쇄하여 버리면, 풍량이 과다해져 토출압력이 상승하므로, 토출측의 압력이 규정치가 되도록 방풍밸브의 개방도를 조정한다. 도 6 및 도 7에 그 모양을 나타낸다.
정풍압 운전에서는 압축기 본체(3)는 서징을 발생하지 않는 상태에서 부하운전을 계속한다. 즉 압축기 본체(3)의 작동점(O1)은 풍량(Qs1), 압력(Pd1)의 서징한계점이 된다. 토출 압력센서(6)가 검출하는 수요측 압력(Pdc)은 압축기 본체(3)에서 압축된 고압가스의 대부분이 대기로 방풍되므로 Pd1에 유지된다. 흡입풍량은 빙기량에 따라 서징 한계값(Qs1) 이하가 된다. 대기에 방출되는 가스량은 수요원의 가스소비량이 회복되지 않으면 도 7에서 사선으로 나타낸 부분(Qd)이 된다. 여기서 압축기 본체(3)로부터 토출되는 압축 가스량(Qb)은 한계값(Qd1)이고, 수요원의 소비 가스량은 Qc 이다.
정풍압 운전으로 이행한 후에 소비 가스량이 회복되면, 무부하 운전과 부하운전의 전환운전으로 되돌아간다. 그 형태를 이하에 나타낸다. 정풍압 운전에 있어서의 방풍밸브(12)의 1주간분의 동작시간(Tb)을 제어장치(17)의 기억수단(17a)에 기억한다. 이 동작시간(Tb)을 미리 이 기억수단(17a)에 기억된 무부하 운전 1회에 요하는 시간인 평균 무부하 운전시간(Tu)(정수)으로 나누어, 무부하 운전과 부하운전의 전환횟수(Nw)를 구한다. 전환횟수(Nw)를 미리 구하여 둔 1주간의 평균 전환횟수 (Nwmax)를 비교한다. 측정한 전환횟수(Nw)가 평균 전환횟수(Nwmax)보다도 적으면 (Nw ≤Nwmax), 다시 부하운전과 무부하 운전의 전환운전으로 되돌아간다. 이에 의하여 소비동력을 저감할 수 있다. 또 가이드베인의 동작횟수를 허용한도내로 억제할 수 있어, 입구 가이드 베인장치(2)의 피로나 마모에 의한 열화를 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예를 도 8 내지 도 10을 사용하여 설명한다. 본 실시예에서는 수요원의 가스 소비상황을 미리 파악하여 두고, 터보 압축기를 예측 제어하고 있다. 어느 공장에 있어서의 소비 공기량(Qa)의 변화의 예를 도 8에 나타낸다. 점심시간에는 공장 전체의 가스 소비량(Qa)은 제로 또는 그것에 가까운 상태로 되어 있다(상태 A). 또 오후의 휴식시간인 오후 3시경에는 기계를 가동 가능하게 하는 대기상태로 유지하는 데 필요한 정도의 가스 소비량밖에 없다. 그 때문에 압축기 본체의 능력으로 하면, 서징 한계부근의 가스 소비량이 되어 있다(상태 B). 일반작업이 끝나는 오후 5시 부근에서 다시 가스 소비량(Qa)이 저하하고, 그 후 공장의 운전을 정지하는 심야까지 가스 소비량은 서서히 저하한다.
가스 소비량(Qa)의 경향이 미리 알려져 있을 때에는 소비동력을 상기 실시예보다 더욱 저감 가능하게 된다. 부하운전에 있어서 가스의 소비량(Qa)이 줄어 서징 한계이하가 되었으면 무부하운전으로 이행하는 것은 상기 실시예와 동일하다. 또 부하운전과 무부하 운전과의 전환횟수(Nw)가 미리 구한 한계 전환횟수(Nwmax1)를 초과하면(Nw > Nwmax1), 정풍압 운전으로 전환하는 것도 상기 실시예와 동일하다. 또한 본 실시예에 있어서의 한계 전환횟수(Nwmax1)는 상기 실시예의 한계 전환횟수보다도 작게(Nwmax > Nwmax1) 설정한다.
그런데 부하운전에서 도 8의 A 상태가 되면, 소비 공기량(Qa)은 당분간은 회복하지 않은 것이 미리 알려져 있다(도 9참조). 따라서 가령 한계 전환횟수 (Nwmax1)를 초과하고 있어도 급격한 가이드 베인의 개폐동작이 빈발할 염려는 없으므로 정풍압 운전으로는 전환하지 않고 무부하 운전으로 전환한다. 이와 같이 터 보 압축기를 운전하면 가이드 베인을 완전폐쇄로 하거나, 그 후 가스소비가 회복되면 서징 한계시의 설정각도(βmin)까지 가이드 베인각도를 되돌릴 필요가 생기나, 그 횟수는 1∼2회 정도로 끝나므로 입구 가이드 베인에 주는 손상은 적다. 또 압축기 본체에서 압축된 압축가스가 대기로 개방되는 일은 없으므로, 터보 압축기의 소비동력을 저감할 수 있다.
이에 대하여 압축기의 운전상태가 도 8의 B 상태가 되면(도 10 참조) 서징 한계풍량(Qs1) 부근에서의 운전이 예상되므로, 가이드 베인의 급격한 회동을 수반하는 무부하 운전의 빈발을 회피하여 정풍압 운전으로 이행한다. 즉 가이드 베인각도를 서징 한계의 각도(βmin)로 설정하고, 방풍밸브(12)의 개방도를 조정한다. 이 상태에서 가스 소비량(Qa)이 더욱 감소하여 미리 정한 양(Qmin) 이하가 되었을 때에만, 정풍압 운전으로부터 무부하 운전으로 이행한다. 이 상태는 예를 들면 도 8의 A 상태에 대응한다.
본 방법에 의하면, 서징 한계유량(Qs1) 근방에서 가스 소비량(Qa)이 추이하고 있을 때에는 정풍압 운전하므로, 가이드 베인의 완전 폐쇄나 그 후의 서징 한계시의 각도(βmin)까지가 가이드 베인각도를 되돌릴 필요를 발생하지 않아 입구 가이드 베인장치를 보호할 수 있다. 또한 서징 한계유량(Qs1) 부근에서의 운전이 되므로 방기되는 압축 가스량(ΔQ)은 서징 한계유량과 소비 가스량과의 차(ΔQ = Qs1 -Qa)이므로 비교적 소량이고, 터보 압축기의 소비동력을 저감할 수 있다.
본 실시예에 의하면 상기 실시예에 비하여 더욱 소비동력을 저감 가능하다. 또 정풍압 운전에 있어서의 최소 유량(Qmin)을 제어장치가 터보 압축기의 설치상황 에 따라 제어하면, 가이드 베인의 동작횟수를 용이하게 제어할 수 있어, 한계 동작횟수 미만으로 하는 것을 간단하게 할 수 있다. 또한 상기 각 실시예에서는 터보 압축기를 단단의 압축기로 하고 있으나, 복수단의 압축기를 가지는 장치에서도 마찬가지로 실시할 수 있다.
본 발명에 의하면 터보 압축기에 있어서 부하운전과 무부하 운전과 정풍압 운전을 전환하여 운전하도록 하였으므로, 터보 압축기의 신뢰성 향상과 동력저감을 동시에 달성 가능하다.

Claims (10)

  1. 터보압축기에 있어서,
    작동유체를 압축하는 압축기 본체와;
    상기 압축기 본체의 흡입측에 설치되고, 복수의 가이드 베인을 가지는 입구 가이드 베인장치와;
    상기 압축기 본체의 토출측에 설치된 개방도 가변의 방풍밸브와;
    상기 압축기의 토출압력을 검출하는 압력 검출수단과;
    상기 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 설정한계 이하에서 운전한 시간과 횟수 중 적어도 어느 하나를 기억하는 기억수단과;
    상기 기억수단에 기억된 값에 의거하여 상기 방풍밸브와 상기 가이드 베인을 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 가이드 베인을 설정한계 이하의 개방도로 하여 압축기 본체를 운전한 시간 또는 횟수가 소정값 이하인 경우에 압력센서가 검출한 압력이 설정압력 이상으로 상승하면, 가이드 베인 개방도를 완전 폐쇄로 하는 무부하 운전으로 이행시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 가이드 베인을 한계 이하의 개방도로 하여 압축기 본체를 운전한 시간 또는 횟수가 소정값을 초과하였을 때에 압력센서가 검출한 압력이 설정압력 이상으로 상승하면, 가이드 베인 개방도를 설정한계 개방도로 설정하고 방풍밸브 개방도를 제어하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기.
  4. 입구 가이드 베인장치와 방풍밸브를 사용하여 용량 제어하는 터보 압축기의 용량 제어방법에 있어서,
    압축기의 서징한계 이하의 유량에서 운전할 때에 있어서 한계유량 이하에서의 운전시간 또는 운전횟수가 소정값 이하일 때는, 상기 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 완전 폐쇄로 하고 상기 방풍밸브를 개방하며,
    상기 운전시간 또는 운전횟수의 빈도가 소정값을 초과하였으면, 상기 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 설정 한계값으로 하고 상기 방풍밸브 개방도를 상기 터보 압축기의 토출압력에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 용량 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 설정 한계값으로 하고 방풍밸브를 제어하는 운전에 있어서,
    토출압력이 제 2 설정압력 이하가 되면 입구 가이드 베인장치의 가이드 베인 개방도를 완전 폐쇄로 하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 용량 제어방법.
  6. 무부하 운전과 부하운전과 정풍압 운전을 전환하여 운전하는 터보 압축기의 용량 제어방법에 있어서,
    압축기의 서징한계 이하의 유량으로 운전할 때로서 한계유량 이하에서의 운전시간 또는 운전횟수의 빈도가 소정값 이하일 때는 무부하 운전으로 하고,
    상기 운전시간 또는 운전횟수가 소정값을 초과하면 방풍밸브를 사용한 정풍압 운전으로 하는 터보 압축기의 용량 제어방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 방풍밸브를 사용한 정풍압 운전에 있어서, 토출압력이 제 2 설정압력 이하가 되었으면 무부하 운전으로 전환하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 용량 제어방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 방풍밸브를 사용한 정풍압 운전에 있어서, 터보 압축기의 흡입유량이 소정값 이하가 되면, 무부하 운전으로 전환하는 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 용량 제어방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 운전횟수 또는 운전시간의 빈도의 설정값은 터보 압축기의 메인티넌스 주기에 의거하여 정한 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 용량 제어방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 빈도의 설정값은 1주간당의 방풍밸브의 동작시간을 무부하 운전 1회당의 운전시간으로 나눈 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 용량 제어방법.
KR1020020057353A 2002-05-22 2002-09-19 터보압축기 및 그 용량 제어방법 KR100541389B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002147068A JP4069675B2 (ja) 2002-05-22 2002-05-22 ターボ圧縮機およびその容量制御方法
JPJP-P-2002-00147068 2002-05-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030091634A KR20030091634A (ko) 2003-12-03
KR100541389B1 true KR100541389B1 (ko) 2006-01-10

Family

ID=29397845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020057353A KR100541389B1 (ko) 2002-05-22 2002-09-19 터보압축기 및 그 용량 제어방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6793456B2 (ko)
EP (1) EP1365155B1 (ko)
JP (1) JP4069675B2 (ko)
KR (1) KR100541389B1 (ko)
CN (1) CN1266388C (ko)
DE (1) DE60209413T2 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7210895B2 (en) * 2002-08-12 2007-05-01 Hitachi Industries Co., Ltd. Turbo compressor and method of operating the turbo compressor
US7245040B2 (en) * 2005-07-15 2007-07-17 Honeywell International, Inc. System and method for controlling the frequency output of dual-spool turbogenerators under varying load
US7972105B2 (en) * 2007-05-10 2011-07-05 General Electric Company Turbine anti-rotating stall schedule
GB0716329D0 (en) * 2007-08-21 2007-10-03 Compair Uk Ltd Improvements in compressors control
EP2304358A2 (en) * 2008-07-29 2011-04-06 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for controlling a compressor and method of cooling a hydrocarbon stream
EP2344770B1 (en) * 2008-10-13 2019-12-11 BOGE KOMPRESSOREN Otto Boge GmbH & Co. KG Blow-off system for multi-stage turbo compressor
GB2468872B (en) * 2009-03-25 2013-07-17 Bamford Excavators Ltd A method of operating a compression ignition engine by altering the fuel injection timing based on sensed engine parameters
JP4963507B2 (ja) * 2009-11-25 2012-06-27 株式会社神戸製鋼所 多段遠心圧縮機の容量制御方法
IT1400053B1 (it) * 2010-05-24 2013-05-17 Nuovo Pignone Spa Metodi e sistemi per ugelli di ingresso a geometria variabile per uso in turboespansori.
KR101858648B1 (ko) * 2012-12-07 2018-05-16 한화파워시스템 주식회사 다단 압축 시스템의 서지 제어 방법
RU2527850C1 (ru) * 2013-07-29 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя
JP5896965B2 (ja) * 2013-09-04 2016-03-30 株式会社神戸製鋼所 圧縮機およびその圧力制御方法
FR3109966B1 (fr) * 2020-05-07 2022-09-09 Safran Helicopter Engines Procédé de commande et unité de commande pour éviter le pompage d’un compresseur de charge dans un groupe auxiliaire de puissance
JP7353248B2 (ja) * 2020-08-13 2023-09-29 株式会社日立産機システム 多段空気圧縮機

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4586870A (en) * 1984-05-11 1986-05-06 Elliott Turbomachinery Co., Inc. Method and apparatus for regulating power consumption while controlling surge in a centrifugal compressor
JPH04136498A (ja) * 1990-09-28 1992-05-11 Hitachi Ltd 遠心圧縮機の容量制御装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH517253A (de) * 1970-06-23 1971-12-31 Bbc Sulzer Turbomaschinen Einrichtung zur Regelung eines Turboverdichters
US4464720A (en) * 1982-02-12 1984-08-07 The Babcock & Wilcox Company Centrifugal compressor surge control system
JPS608497A (ja) * 1983-06-29 1985-01-17 Hitachi Ltd 多段圧縮機の容量調節装置
DE3540285A1 (de) * 1985-11-13 1987-05-14 Gutehoffnungshuette Man Verfahren und einrichtung zum regeln von turbokompressoren
JPH01167498A (ja) * 1987-12-23 1989-07-03 Kobe Steel Ltd 遠心圧縮機の容量制御方法
GB2316772B (en) * 1993-08-16 1998-04-22 American Standard Inc Control of variable capacity centrifugal compressors
US5915917A (en) * 1994-12-14 1999-06-29 United Technologies Corporation Compressor stall and surge control using airflow asymmetry measurement

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4586870A (en) * 1984-05-11 1986-05-06 Elliott Turbomachinery Co., Inc. Method and apparatus for regulating power consumption while controlling surge in a centrifugal compressor
JPH04136498A (ja) * 1990-09-28 1992-05-11 Hitachi Ltd 遠心圧縮機の容量制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE60209413D1 (de) 2006-04-27
CN1266388C (zh) 2006-07-26
CN1459573A (zh) 2003-12-03
JP2003343448A (ja) 2003-12-03
JP4069675B2 (ja) 2008-04-02
US6793456B2 (en) 2004-09-21
EP1365155B1 (en) 2006-03-01
EP1365155A1 (en) 2003-11-26
KR20030091634A (ko) 2003-12-03
US20030219335A1 (en) 2003-11-27
DE60209413T2 (de) 2006-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100541389B1 (ko) 터보압축기 및 그 용량 제어방법
KR100481016B1 (ko) 복수대의 압축기의 제어방법 및 압축기시스템
EP0398436B1 (en) Compressor control system to improve turndown and reduce incidents of surging
KR102144388B1 (ko) 보일오프 가스 공급 장치
US20020021969A1 (en) Compressor, its control device and control method
AU2007347705B2 (en) Anti-bogdown control system for turbine/compressor systems
US11686310B2 (en) Method for controlling a rotary screw compressor
US11448217B2 (en) Gas compressor
US20130039781A1 (en) Anticipation logic for a surge control valve utilized with load compressor
KR20160022510A (ko) 원심압축기의 서지 방지 장치 및 방법
US4976588A (en) Compressor control system to improve turndown and reduce incidents of surging
US11906219B2 (en) Flash tank-based control of refrigerant injection into a compressor
JP4351623B2 (ja) 圧縮機設備およびその制御方法
JP4496886B2 (ja) ターボ圧縮機システムの運転方法
JP3384894B2 (ja) ターボ圧縮機の容量制御方法
JP2001082345A (ja) 無給油式可変容量圧縮機
JP2017172690A (ja) 低温液化ガス貯蔵設備
JPH04136498A (ja) 遠心圧縮機の容量制御装置
JP2645766B2 (ja) 蒸気供給ラインの動力回収装置
JPH07332248A (ja) ターボ圧縮機と容積圧縮機の組合せ台数制御方法及び装置並びに圧縮機設備空気源
JPH0626485A (ja) スクリュ−圧縮機の容量制御方法
KR20050047095A (ko) 터보압축기 및 그 운전방법
JPH10220391A (ja) ガス圧縮ユニット

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121114

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131105

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141105

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151201

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161129

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181219

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191219

Year of fee payment: 15